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焊接和 PCB 组装中的回流焊曲线测试 

对回流炉的温度曲线进行验证和优化,可确保为焊膏的熔化、流动和凝固提供理想的热环境,从而形成坚固的焊点。

作者:蒂莫西-奥尼尔

对回流炉的温度曲线进行验证和优化,可确保为焊膏的熔化、流动和凝固提供理想的热环境,从而形成坚固的焊点。

回流焊曲线测试方法

校准烤箱温度并确保其设置正确的过程包括将一块所谓的 "黄金板 "送入烤箱。理想情况下,"黄金板 "将作为工作套件的一部分由客户或设计团队提供。

这块电路板(图 1)将是一个牺牲性的全填充组件,在整个组件的战略位置通过高温焊料连接有(最好是五到七个)热电偶。然后通过回流炉进行处理,收集技术人员可以用来进行调整的详细信息,确保电路板上的元件和区域保持在规定的温度限制范围内。

A golden board with thermocouples attached
图 1.黄金板:昂贵,但值得吗?

现实检查:回流剖析中的限制因素

以上描述的是一种理想情况。生产现场的实际情况往往大相径庭。很多时候,工程师能拿到一块裸板来尝试回流焊曲线就已经很幸运了。通常情况下,由于时间和材料的限制,回流曲线只能是一种有根据的猜测。

此外,许多人认为,由于现代回流焊炉能非常有效地将热能引入装配中,因此不需要进行良好的温度曲线测试。在许多情况下,人们可以 "设置好就不用管它",并仍然获得可接受的结果......直到结果不可接受为止。这就是良好实践发挥作用的时候。

不当貌相做法的问题

假设一家电子制造服务 (EMS) 提供商要为一家高利润、高知名度的客户生产 1,000 件产品。其中一个 QFN 元件的无效百分比小于 30%。验收工作在 NPI 生产线上进行;一切都符合规范,客户很满意。

但是,生产运行是在生产线上进行的,而生产线上的烤箱较小、较旧、能力较弱。在生产过程中,相关部件的空隙率超过了 50%,因此需要紧急收集信息,以了解并解决问题(图 2)。

Image showing voids in soldered parts
图 2.剖面技术可减少空隙。

这种情况凸显了特征分析如此重要的几个原因。第一个原因是简单的记录保存。在这种情况下,可以立即将 NPI 生产线上使用的剖面记录与生产线上使用的剖面记录进行比较,这样就很容易分辨出问题是出在使用的设置上,还是出在烤箱的校准上。

回流剖析最佳实践

正确的回流剖析可以改善或消除缺陷。减少空洞(BTC 和 BGA)是其中之一,这在前面的轶事中已经提到过,此外还有枕形焊头(HiP)缺陷、润湿缺陷、残留物特性甚至助焊剂清洁等等。定期分析还能让人深入了解设备与焊膏化学和其他材料之间的相互关系。

为了避免或减轻潜在问题,您应该考虑以下一些最佳做法。

对每个 SKU/零件编号进行战略分析

一丝不苟地保存记录的重要性怎么强调都不为过。在生产线故障情况下,分秒必争。对每个 SKU/零件编号的回流曲线进行全面记录不仅是为了合规,也是为了建立一个知识库,从而大大降低风险并改进故障排除流程。

执行日常和生产运行剖面图

在每天生产开始时运行确认配置文件。这将在风扇电机或加热元件出现故障而影响当天生产流程之前发现任何问题。

获取并传播专业知识

烘箱剖析器越来越复杂,使剖析任务不再艰巨。复杂的算法和软件可以使数据的收集和分析更有意义,执行速度更快。

但是,即使有了这些进步,特征分析的专业知识也是随着时间和经验的积累而不断积累的。这种专业知识往往会随着人员的变动而丢失。因此,应将回流焊曲线测试作为生产环境文化的一部分;而不是依赖于个别专家。

回流剖析的实时影响

与 PCB 组装工艺中的其他固定变量(如焊膏配方、PCB 设计和元件贴装)不同,回流曲线测试是一个动态元素。它是生产线中唯一能实时影响结果的地方。假设印刷和贴装流程已经优化,那么回流炉温度曲线是唯一可以 "即时 "操控的流程(图 3)。

Graphs of reflow profiles
图 3.了解回流剖析概念可 "即时 "改进结果。

让您的浆料或烤箱供应商花一天时间在现场进行烤箱审核,并向您的团队传授最佳做法。这不会给您带来痛苦,却能带来丰厚的回报。

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